Tiểu luận môn học vật liệu kỹ thuật nhiệt lạnh vật liệu cách nhiệt cho ứng dụng nhiệt Độ cao

Trong số đó, vật liệu kỹ thuật nhiệt lạnh chịu nhiệt đang được quan tâm và nghiên cứu nhằm tìm ra giải pháp tối ưu cho việc sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp đặc biệt.. Vì vậy, đặt

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ NHIỆT LẠNH

—o0o—

v89 Y OF Hy 'C

4 + Zz x=

VAT LIEU CACH NHIET CHO UNG

DUNG NHIET DO CAO

GVHD: TS Nguyễn Hoàng Khôi

I

TRUONG DAI HOC CÔNG NGHIỆP TPHCM CONG HOA XA HOI CHU NGHIA VIET NAM

Khoa Céng nghé Nhiét Lanh Déc Lap — Tw Do — Hạnh Phúc

NHIEM VU TIEU LUAN MON HOC VAT LIEU KY THUAT NHIET LANH

Tìm hiểu vật liệu cách nhiệt cho ứng dụng nhiệt độ cao

Il/ Ngay giao nhiệm vụ: 6/2/2023

IH/ Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 28/3/2023

Giảng viên giảng dạy

TS Nguyễn Hoàng Khôi

TÓM TẮT

Tiểu luận tập trung vào nghiên cứu v`ềcác loại vật liệu cách nhiệt ứng dụng cho nhiệt độ cao Nội dung chính bao ø ân tổng quan v`êcác loại vật liệu cách nhiệt, phân loại theo nguyên liệu, cấu trúc, tính chất, nhóm Polymer, ứng dụng trong môi trưởng

có nhiệt độ cao và so sánh ưu nhược điểm của từng loại vật liệu cách nhiệt Ð ng thời

kể thêm một vài vật liệu chịu nhiệt độ cao khác Kết quả của tiểu luận sẽ cung cấp cho người đọc cái nhìn tổng quan v`êcác loại vật liệu cách nhiệt ứng dụng cho nhiệt độ cao

và hỗ trợ cho việc nghiên cứu và tìm hiểu v`êcác loại vật liệu cách nhiệt - nhiệt độ cao

Il MUC LUC

Trang

Chuong 1:

TONG QUAN VỀVẬT LIỆU CÁCH NHIỆT - NHIỆT ĐỘ CAO

1.1.Khái niệm Q1 HH gu 1 1.2 Đặc điểm chung của vật liệu cách nhiệt - nhiệt độ cao ‹‹ 1 1.3 Tính chất của vật liệu cách nhiệt - nóng - ¿7c c5 S2 +*s*xssssssss2 2 Chương 2

GIỚI THIỆU, PHAN LOẠI, ƯU ĐIỂM, NHƯỢC ĐIỂM

VÀ ỨNG DỤNG CỦA MỘT SỐ LOẠI VẬT LIỆU

CÁCH NHIỆT - NHIỆT ĐỘ CAO

2.2 Phân loại và ứng dụng của một số vật liệu ¿5s 2+2 xe+ 3 2.2.1 Phân loại dựa trên nguyên lIỆU: .- 5 5 SG S21 31 5E kkkesee 3 2.2.2 Phân loại dựa trên cấu tFÚC: - - +52 + + ++ + SE S333 %5 s2 7 2.2.3 Phân loại dựa trên tính chất: . - c cSSSS 333 1 33555553552 8

2.3 Ưu điểm, nhược điểm của một số vật liệu - 5: 555252 <+c<£+s 1112

Chương 3

MỘT SỐ VẬT LIỆU CHỊU NHIỆT ĐỘ CAO KHÁC

3.1 Đá chịu nhiệt đỘ CaO - (<< c0 1030103301 3331033311111 16181 6911680 18288 8 cg 15 3.1.1 Đinat (STÏICa): - Gv 15

“` 16

=n : a 17 3.1.4 Đá Perlite Trân châu - - Ăn ng ng ng ngư 18 3.2 Tấm cách nhiệt Takan1 - -Ă 5552233 3333313319 111189 18883 1651110335 xe 20

3.4 Vật liệu chống nóng từ sơn cách nhiỆt . - +55 55+ s+exssrsssesrsres 22

3.5 Bot xOp Polyurethane 2.0 ee 23

TAI LIEU THAM KHAO

IV

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1: Ưu điểm, nhược điểm của một số loại vật liệu

cách nhiệt - nhiệt độ cao 1000011110110 000 111 10800 c1 10088 188885 16 155 1112

Bảng 2.2: Thông số vật của một số vật liệu kỹ thuật cách nhiỆt - - 13 Bảng 2.3.Hệ số dẫn nhiệt của một số vật liệu cách nhiệt - + 5555552 13 Bảng 2.4: Hệ số dẫn nhiệt của nhóm Polymer

Hình 2.7: Sợi thủy tỉnh ứng dung trong cứu hỎa - «s55 xinh 6 Hình 2.8 Bông gốm dạng tấm cách nhiệt cho 16 nung - - 5 <5 «<< << + c+++ 7 Hình 2.9: Đá vôi trong ty nhiÊn <5 << 90111991051 91H HH ng 8 Hình 2.10: Bông ceramic có nhiệt độ làm việc bình thường

Hình 2.11: Ứng dụng của vật liệu composite trong hàng không vũ trụ 9 Hình 2.12: Vat liu composite trong hàng không - 5 S53 x2 s52 10

Hinh 2.13: Ong nhtra 0000 4 10

Hình 2.14: Gang tay bảo hộ lòng cao SU - Ăn HH HH ng 11 s0) ¡666912 8n 15 Hinh 3.2: LO 2.0 16

Hình 3.4: Lò nung làm bằng gạch samot ¿2 2 22 5e+s+x+Se se s+zezezxreees 17 Hình 3.5: Magie - .- - HT TT 17

Hình 3.6: Cửa thép chống cháy ¿5 + + 7+ St 22+ 3 SH HH HH TH mệt 18

Hình 3.6: Đá perlite ứng dụng trong lÒ đt 25-5 xxx 19

Hình 3.7: Đá perlite sau khi nấu nóng chảy, đổ vào khuôn làm tấm lót bếp 19

Hình 3.8: Bê tông DFÏIC - - - s1 HH nh ghen 20 Hình 3.9: Tâm Takani dùng trong văn phòng s «s3 sen 20 Hình 3.10: Tấm Takani dùng để chống nóng hướng Tây - « s-«©+ 21

Hinh 3.11: Bé tong Chiu lta 21

Hình 3.12: Chéng nong tir son cach nhiét eee ceseeceeeecseececeeeee cence ceeceneeceneeaes 23 Hình 3.13, 3.14: Bọt xốp Polyurethane có tính ứng dung cao trong

LỞI MỞ ĐẦU

A Dat van dé

D€tai "Tim hieu vật liệu kỹ thuật nhiệt cho ứng dụng nhiệt độ cao" là một chủ đề quan trọng trong lĩnh vực vật liệu kỹ thuật và ứng dụng trong công nghiệp chịu nhiệt Các vật liệu kỹ thuật chịu nhiệt đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo sự an toàn

và hiệu suất của các thiết bị công nghiệp trong đi ầi kiện nhiệt độ cao Trong số đó, vật liệu kỹ thuật nhiệt lạnh chịu nhiệt đang được quan tâm và nghiên cứu nhằm tìm ra giải pháp tối ưu cho việc sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp đặc biệt Vì vậy, đặt vấn đênghiên cứu v`ềvật liệu kỹ thuật nhiệt lạnh chịu nhiệt sẽ giúp ta hiểu rõ hơn v`ềtính chất, ứng dụng và tin năng phát triển của vật liệu này trong các ứng dụng công nghiệp chịu nhiệt

B Mục đích đ Êtài

Nghiên cứu và tìm hiểu vật liệu có khả năng chịu được nhiệt độ cao và cung cấp khả năng cách nhiệt hiệu quả cho các ứng dụng trong môi trưởng có nhiệt độ cao Đây là một vấn đ quan trọng trong các ngành công nghiệp như sản xuất thép, sản xuất gốm

sứ, sản xuất sản phẩm hóa chất, năng lượng điện và các ứng dụng liên quan đến nhiệt

độ cao khác

C Kết cấu của tiểu luận

Tiểu luận bao g ôn những nội dung chính như sau:

Chương I: Tổng quan v`ềvật liệu cách nhiệt - nhiệt độ cao

Chương 2: Giới thiệu, phân loại, ứng dụng và ưu điểm, nhược điểm của một số

loại vật liệu cách nhiệt - nhiệt độ cao

Chương 3: Một số vật liệu chịu nhiệt độ cao khác

Khoa công nghệ Nhiệt Lạnh Tiểu luận môn học

Chương l

TỔNG QUAN VỀVẬT LIỆU CÁCH NHIỆT- NHIỆT ĐỘ

CAO

1.1 Khái niệm

Vật liệu kỹ thuật nhiệt lạnh là các loại vật liệu có khả năng hấp thụ hoặc giải phóng nhiệt một cách hiệu quả Đi`âi này cho phép chúng được sử dụng để giải quyết vấn đề nóng bằng cách hấp thụ nhiệt và giảm nhiệt độ của một thiết bị hoặc môi trưởng Vật liệu kỹ thuật nhiệt lạnh có thể được sản xuất tử các loại vật liệu khác nhau như kim loại, hợp kim, chất polymer, vật liệu công nghệ sinh học hoặc các vật liệu tổng hợp khác

Vật liệu cách nhiệt chịu nóng là loại vật liệu được sử dụng để giảm thiểu sự truy n nhiệt từ các b`ề mặt có nhiệt độ cao đến các b`ê mặt có nhiệt độ thấp hơn trong môi trường có nhiệt độ cao Những vật liệu này được thiết kế để chịu được nhiệt độ cao và giữ cho nhiệt không truy Ân qua vật liệu đó

Các vật liệu cách nhiệt chịu nóng thưởng được sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp như lò nung, lò hơi, đường ống truy ` dẫn chất lỏng nóng, thiết bị chịu nhiệt, các bộ phận động cơ máy bay và tàu thủy, và trong các thiết bị khác có liên quan đến nhiệt độ cao

1.2 Đặc điểm chung của vật liệu cách nhiệt - nhiệt độ cao

Khả năng chịu nhiệt độ cao: Vật liệu cách nhiệt và chịu nhiệt độ cao có khả năng chịu nhiệt độ cao hơn so với các vật liệu thông thưởng Chúng có thể chịu nhiệt độ lên đến hàng trăm độ C

Khả năng cách nhiệt: Vật liệu cách nhiệt có khả năng cách nhiệt tốt, tức là chúng có thể giữ cho nhiệt không truy ê qua được

Tính ổn định hóa học: Vật liệu cách nhiệt và chịu nhiệt độ cao thưởng có tính ổn

định hóa học, tức là chúng không bị ảnh hưởng bởi hóa chất hay các tác nhân khác

Độ bi cao: Vật liệu cách nhiệt và chịu nhiệt độ cao có độ b`ầi cao, tức là chúng không dễ bị hư hỏng hay mòn do tác động của môi trưởng xung quanh

Dễ thi công và lắp đặt: Vật liệu cách nhiệt và chịu nhiệt độ cao thưởng có tính dẻo dai và dễ dàng thi công và lấp đặt trên các b`&mặt khác nhau

Khoa công nghệ Nhiệt Lạnh Tiểu luận môn học

1.3 Tính chất của vật liệu cách nhiệt - nóng

Khả năng chịu nhiệt: Vật liệu cách nhiệt - nóng có khả năng chịu nhiệt độ cao và giữ được tính ổn định kích thước ở nhiệt độ cao

Khả năng chịu tác động: Vật liệu cách nhiệt - nóng có khả năng chịu tác động của các tác nhân khác nhau như rung động, xoắn, kéo giãn, ép nén và nhiệt độ

Khả năng cách nhiệt: Vật liệu cách nhiệt - nóng có khả năng giảm thiểu sự truy n nhiệt qua chúng, do đó giúp giữ cho nhiệt không truy ôn qua được

Độ bề và tuổi thọ cao: Vật liệu cách nhiệt - nóng có độ b và tuổi thọ cao, dam bảo rằng chúng sẽ không bị mòn hoặc hư hỏng theo thời gian

Dễ dàng thi công và sử dụng: Vật liệu cách nhiệt - nóng có tính dẻo dai và dễ dàng

thi công và sử dụng trên các b`êmặt khác nhau

Tính ổn định hóa học: Vật liệu cách nhiệt - nóng thưởng có tính ổn định hóa học, tức

là chúng không bị ảnh hưởng bởi hóa chất hay các tác nhân khác Đi`âi này làm cho

chúng trở thành lựa chọn tốt cho các ứng dụng trong môi trưởng có nhi `âi hóa chất, độ

ẩm hoặc khí độc

Khả năng chống cháy và giảm thiểu sự lan truy`ãn của lửa: Vật liệu cách nhiệt - nóng thưởng có khả năng chống cháy và giảm thiểu sự lan truy `ñ của lửa Đi `âi này làm cho chúng trở thành lựa chọn tốt cho các ứng dụng trong môi trưởng có nguy cơ cháy nổ, chẳng hạn như trong các nhà máy sản xuất, hần mỏ, tàu thuy ân, nhà cao tầng, v.v Khả năng cách âm: Ngoài khả năng cách nhiệt, một số vật liệu cách nhiệt - nóng còn

có khả năng cách âm, giúp giảm thiểu tiếng ôn trong các ứng dụng như âm thanh phòng thu, phòng hát, nhà máy sản xuất, v.v

Tính linh hoạt và đa dạng: Các vật liệu cách nhiệt - nóng được sản xuất trong nhi`êâi kích thước, hình dạng và màu sắc khác nhau, giúp chúng dễ dàng phù hợp với các ứng dụng khác nhau và có tính linh hoạt trong thiết kế và thi công

Tính thân thiện với môi trưởng: Nhiâi loại vật liệu cách nhiệt - nóng được sản xuất

từ nguyên liệu tự nhiên và có tính thân thiện với môi trưởng, giúp giảm thiểu tác động tiêu cực lên môi trưởng

Khoa công nghệ Nhiệt Lạnh Tiểu luận môn học Chương 2

GIỚI THIỆU, PHÂN LOẠI, ƯU ĐIỂM, NHƯỢC ĐIỂM VÀ

ỨNG DỤNG CỦA MỘT SỐ LOẠI VẬT LIỆU CÁCH NHIỆT -

NHIỆT ĐỘ CAO

2.1 Giới thiệu

Các vật liệu cách nhiệt được sử dụng rộng rãi trong nhi ôi lĩnh vực, từ xây dựng cho đến sản xuất công nghiệp, đặc biệt là trong các ứng dụng đòi hỏi khả năng chịu nhiệt cao Các vật liệu này đi có những đặc tính cách nhiệt và cách âm khác nhau, nhưng dai dam bao kha nang giữ nhiệt hiệu quả, giảm thiểu sự thất thoát nhiệt và giúp tiết kiệm năng lượng

Mỗi loại vật liệu cách nhiệt đâi có ưu điểm và nhược điểm riêng, từ khả năng chịu nhiệt, kháng cháy đến độ b` cơ học và khả năng tái chế Tùy vào ứng dụng cu thể, người ta sẽ lựa chọn loại vật liệu phù hợp nhất để đáp ứng yêu c3 v`ềtính chất cách nhiệt và cách âm, đ ông thời đảm bảo tính an toàn và hiệu quả kinh tế

2.2 Phân loại và ứng dụng của một số vật liệu

Hình 2.1: Bông khoáng Rockwool

2.2.1 Phân loại dựa trên nguyên liệu:

- Vật liệu cách nhiệt vô cơ: bao gẲn gốm, thủy tỉnh, đá vôi, bông khoáng, vật liệu cách nhiệt bột và các chất lỏng cách nhiệt

Bông khoáng: Đây là một loại vật liệu cách nhiệt được sản xuất tử khoáng sản tự nhiên hoặc nhân tạo Bông khoáng có hệ số dẫn nhiệt thấp và có khả năng cách âm tốt, nên thưởng được sử dụng cho các ứng dụng cách nhiệt và cách âm trong các tòa nhà, nhà xưởng, các phương tiện vận chuyển, và các thiết bị công nghiệp

Chương 2 : Giới thiệu, phân loại, ứng dụng và ưu điểm, nhigm#i đần

của một số loại vật liệu cách nhiệt - nhiệt độ cao

Khoa công nghệ Nhiệt Lạnh Tiểu luận môn học

Hình 2.3: Bông khoáng có khả năng chống cháy (chịu được 850 độ C )

Bông thủy tinh: Bông thủy tinh cũng là một loại vật liệu cách nhiệt được sản xuất từ

sợi thủy tỉnh Nó có khả năng chịu nhiệt tốt và không bị ảnh hưởng bởi các tác nhân

môi trưởng như ẩm ướt, hóa chất hay vi khuẩn Bông thủy tỉnh cũng được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng cách nhiệt và cách âm

Chương 2 : Giới thiệu, phân loại, ứng dụng và ưu diém, nhiFoandieém

của một số loại vật liệu cách nhiệt - nhiệt độ cao

Khoa công nghệ Nhiệt Lạnh Tiểu luận môn học

Hình 2.4: Bông thủy tinh

Hình 2.5: Bông thủy tỉnh cách nhiệt trong công nghiệp

Sợi thủy tỉnh là một loại vật liệu cách nhiệt được sản xuất từ thủy tỉnh và có khả năng cách nhiệt tốt đến mức có thể chịu được nhiệt độ lên đến 540 độ C Nó cũng rất bền với các tác động hóa hoc, bao gm cac chất axit và ki ân

Chương 2 : Giới thiệu, phân loại, ứng dụng và ưu diém, nhiFoandiem

của một số loại vật liệu cách nhiệt - nhiệt độ cao

Khoa công nghệ Nhiệt Lạnh Tiểu luận môn học

Hình 2.7: Sợi thủy tỉnh ứng dụng trong cứu hỏa

Chương 2 : Giới thiệu, phân loại, ứng dụng và ưu diém, nhiFoandidin

của một số loại vật liệu cách nhiệt - nhiệt độ cao

Khoa công nghệ Nhiệt Lạnh Tiểu luận môn học

- Vật liệu cách nhiệt hữu cơ: bao gân bọt xốp, cao su, xốp PE, xốp PU, và một số loại vật liệu cách nhiệt khác được làm từ các loại vật liệu hữu cơ

2.2.2 Phân loại dựa trên cấu trúc:

- Vật liệu cách nhiệt bó: bao g`ân bông khoáng, bông thủy tỉnh và bông sợi tổng hợp

Sử dụng phổ biến trong các ứng dụng như bảo ôn cho ống dẫn, đường ống, hệ thống thông gió và hệ thống làm mát trong các tòa nhà công nghiệp và thương mại Nó cũng được sử dụng để bảo vệ các kết cấu kim loại trong các ứng dụng công nghiệp và hàng hải, giảm tiếng ân và tăng hiệu quả năng lượng trong các hệ thống máy móc và thiết

bị Đối với các ứng dụng nhiệt độ cao, dạng bó có thể được sử dụng để bảo vệ các bộ phận của động cơ máy bay, lò hơi và lò đốt, thiết bị đốt cháy và các thiết bị công nghiệp khác

EI Vật liệu cách nhiệt tấm: bao g ôn các loại tấm cách nhiệt bằng vật liệu vô cơ, tấm cách nhiệt bằng sợi tổng hợp và các loại tấm cách nhiệt bằng hỗn hợp vật liệu vô

cơ và hữu cơ

Vật liệu cách nhiệt dạng tấm hay dạng ván thưởng được sử dụng cho các công trình xây dựng có tính cách nhiệt cao, đặc biệt là cho các kết cấu nhà máy, hệ thống dẫn

đường ống, tủ điện, vv Loại vật liệu này có khả năng chịu được áp lực, dễ dàng lấp

đặt và có thể tùy chỉnh độ dày và kích thước phù hợp với yêu c3I của các công trình xây dựng

Hình 2.8 Bông gốm dạng tấm cách nhiệt cho lò nung

Chương 2 : Giới thiệu, phân loại, ứng dụng và ưu diém, nhiFoandiémn

của một số loại vật liệu cách nhiệt - nhiệt độ cao

Khoa công nghệ Nhiệt Lạnh Tiểu luận môn học

- Vật liệu cách nhiệt rắn: bao g ôn các loại vật liệu cách nhiệt vô cơ như đá vôi, vật liệu cách nhiệt sợi thủy tỉnh và vật liệu cách nhiệt sợi khoáng

Đá vôi là một vật liệu tự nhiên được khai thác từ đất đai và đá vôi có chứa canxi cacbonat (CaCO3) Đá vôi là một vật liệu cách nhiệt có khả năng chịu được nhiệt độ cao và được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng như lò nung, lò đốt, lò hơi, b`ên chứa hóa chất và các thiết bị công nghiệp khác

Hình 2.9: Đá vôi trong tự nhiên

2.2.3 Phân loại dựa trên tính chất:

- Vật liệu cách nhiệt chịu nhiệt: bao ø ôn các loại vật liệu có khả năng chịu nhiệt đến

1000 độ C trở lên như vật liệu cách nhiệt ceram, cách nhiệt Silica, kim loại refractory, carbon composite va cach nhiét mullite

Ceramic fiber: Ceramic fiber 14 mét loai vat li@u cách nhiệt được sản xuất tử sợi ceramic N6 có kha năng chịu nhiệt rất cao và hệ số dẫn nhiệt rất thấp, nên thường được sử dụng trong các ứng dụng cách nhiệt trong ngành công nghiệp chế tạo kim loại, chế tạo gốm sứ, và các lò nung

Chương 2 : Giới thiệu, phân loại, ứng dụng và ưu diém, nhiFoandi din

của một số loại vật liệu cách nhiệt - nhiệt độ cao

Khoa công nghệ Nhiệt Lạnh Tiểu luận môn học Hình 2.10: Bông ceramic có nhiệt độ làm việc bình thưởng 1260°C - 1400°C

Silica aerogel: Silica aerogel là một loại vật liệu cách nhiệt được sản xuất tử silica và

có tính chất rất đặc biệt Nó có hệ số dẫn nhiệt rất thấp, thường được sử dụng trong các ứng dụng cách nhiệt và cách âm trong các thiết bị công nghiệp và nghiên cứu khoa học

Kim loại refractory: được sử dung trong các ứng dụng như ống nhiệt, lò đốt, b`mặt của hệ thống truy nhiệt và cách nhiệt

Carbon composite: được sử dụng trong các ứng dụng như các bộ phận động cơ tàu

vũ trụ, các bộ phận của máy bay và lò đốt công nghiệp

Chương 2 : Giới thiệu, phân loại, ứng dụng và ưu diém, nhiFoandi@n

của một số loại vật liệu cách nhiệt - nhiệt độ cao